在编译时生成位掩码

Question

我想在编译时生成各种位掩码：

0x11111111 或 0x1111111111111111

0xF0F0F0F0 或 0xF0F0F0F0F0F0F0F0

大小将取决于类型，可以是32位或64位。

例如：

template <typename T> genMask(unsigned char templt) {
  ....
};

genMask<uint32_t>(0xF0);
genMask<uint64_t>(0xF0);

第一次调用应该生成0xF0F0F0F0，而对genMask的第二次调用应该生成0xF0F0F0F0F0F0F0F0

目前我已经将它们硬编码。

在这里任何想法都会受到极大的赞赏。

编辑：以下是一种老派的实现方式：

#define MASK(b) ((T(-1) / 0xFF) * (b))

其中T是类型。

- Jacko

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我认为这是一个不错的起点：https://dev59.com/v3jfs4cB2Jgan1znQp6E - orhtej2

你所展示的值只是 std::numeric_limits<T>::max() / 0xFF * 0x11 和 std::numeric_limits<T>::max() / 0xFF * 0xF0。 - Eric Postpischil

Answer 1

使用 c++20，您可以通过 std::bit_cast 实现此操作：

template <std::unsigned_integral T>
constexpr T genMask(unsigned char templt) {
  std::array<unsigned char, sizeof(T)> mask;
  mask.fill(templt);
  return std::bit_cast<T>(mask);
}

如果你想确保这个函数只能返回编译时常量，你可以使用consteval限定符，但是通过在constexpr变量的初始化器中调用上面的函数，或者作为非类型模板参数来实现相同的效果已经足够了。

- Patrick Roberts

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为了使其编译通过，我需要初始化掩码： std::array<unsigned char, sizeof(T)> mask = {0}; - Jacko

请注意，std::array 有自己的 fill() 方法，自 C++20 起是 constexpr 的：mask.fill(templt); - Remy Lebeau

@Jacko 对我来说很好用：https://godbolt.org/z/K4qe1qsqW - Patrick Roberts

Answer 2

一种方法是构建一个所需字节的数组，然后使用 std::bit_cast 将这些位转换为目标类型。这将给你…

template <typename T> 
constexpr T genMask(unsigned char val) 
{
    unsigned char bytes[sizeof(T)];
    for (auto& e : bytes)
        e = val;
    return std::bit_cast<T>(bytes);
};

int main()
{
    std::cout << std::hex << genMask<uint32_t>(0xF0) << " " << genMask<uint64_t>(0xF0);
}

输出

f0f0f0f0 f0f0f0f0f0f0f0f0

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如果您无法使用 std::bit_cast，那么您可以自己进行位操作，例如：

template <typename T> 
constexpr T genMask(unsigned char val) 
{
    T ret{val};
    for (std::size_t i = 0; i < sizeof(T) - 1; ++i)
    {
        ret <<= 8;
        ret |= val;
    }
    return ret;
};

- NathanOliver - Is on Strike

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所以，目前我有 #define FOO 0xf0f0f0f0 我该如何使用上面的genMask重写它？ - Jacko

内联constexpr自动FOO = genMask<type_desired>(0xF0);。 - NathanOliver

Answer 3

所以你想要将你的1字节模式乘以0x01010101...（根据你的类型适当重复）。

你会注意到，如果你的模式是0xFF，那么你最终得到的是0xFFFFFFFF...，或者该类型的最大值，因此除以0xFF将得到你的模式与0x01。

话虽如此：

template <typename T> constexpr T genMask(unsigned char templt) {
    constexpr T multiplier{std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max() / 0xFFu};
    return multiplier * T{templt};
}

static_assert(genMask<std::uint32_t>(0xF0) == 0xF0F0F0F0);
static_assert(genMask<std::uint64_t>(0xA2) == 0xA2A2A2A2A2A2A2A2);

- Artyer

Answer 4

您可以使用这个：

template <typename T>
T genMask(unsigned char templt) {
  return (T)(0x0101010101010101ULL * templt);
};

- olegarch